개념 한 쪽
토목 구조물은 도로·교량·댐 등 대규모 공공 인프라로, 긴 공용기간과 내구성을 전제로 설계한다. 설계 시 하중의 성격을 구분하고, 기초가 지반에서 버티는 허용 하중을 계산하며, 보·슬래브의 지지 조건과 정역학적 평형 조건을 바탕으로 안전을 확보한다.
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출제기준 단원 「토목구조물의 개요」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 주하중 정의 판별 | 1 | 주하중과 예외 하중을 작용 지속성으로 구분하라고 요구한다 |
| 기초 허용하중 계산 | 1 | 기초 면적과 허용 지지력을 곱해 총 허용 하중을 구하라고 요구한다 |
| 토목 구조물의 특성 판별 | 1 | 토목 구조물의 일반적 특징 중 옳지 않은 설명을 고르라고 요구한다 |
토목 구조물은 규모가 크고 공용기간이 길며 자연환경에 놓이는 경우가 많다. 한 번 건설하면 장기간 사용하므로 내구성과 장수명이 중요한 설계 요소가 된다. 또한 개별 구조물은 비표준화되는 경향이 있어 설계 시 현장 조건을 면밀히 반영해야 한다.
구조물에 작용하는 하중은 작용 시간과 빈도에 따라 구분한다. 주하중은 구조물 사용 기간 동안 상시 작용하는 하중으로 자중, 토압, 수압과 같은 항목을 포함한다. 부하중과 특수하중은 상황에 따라 변하거나 특정 환경 요인에 의해 발생하는 하중으로 분류한다. 예컨대 지진력은 평소에는 작용하지 않다가 갑작스레 크게 작용하므로 예외적인 하중으로 취급한다. 하중 분류 문제에서는 '항상 작용하는가?'를 기준으로 주하중 여부를 판단한다.
기초가 지반에서 지탱할 수 있는 최대 허용 하중은 기초 바닥 면적에 지반의 허용 지지력(단위 면적당 지지력)을 곱하여 구한다. 따라서 기초 크기와 허용 지지력을 곱하면 기초가 받을 수 있는 총 허용 하중이 산출된다. 면적 계산과 단위 일치를 반드시 확인해야 한다.
슬래브는 지지되는 변의 수에 따라 분류한다. 마주 보는 두 변으로만 지지되는 경우에는 주로 한 방향으로 휨이 발생하므로 1방향(단방향) 슬래브라 부른다. 네 변이 지지되어 두 방향으로 하중을 전달하면 2방향 슬래브로 분류한다. 설계 문제에서는 지지 변의 수를 보고 슬래브의 거동 형태를 판별하면 된다.
정지된 구조물의 평형 상태는 모든 외력의 합과 모멘트의 합이 0이 되는 것으로 표현한다. 수평력의 합, 수직력의 합, 그리고 임의 점에 대한 모멘트의 합이 모두 0일 때 구조물은 정역학적 평형을 이룬다. 이 세 조건을 항상 점검하여 정적 안정성을 확보해야 한다.
대표 계산 문제는 기초 허용 하중 계산이다. 예를 들어 독립 확대 기초의 크기가 2m × 3m이고 허용 지지력이 20kN/m²이면, 바닥 면적은 2×3=6m²이고 허용 하중은 6m²×20kN/m²=120kN이 된다. 면적 계산을 실수하거나 단위를 혼동하면 오답이 되므로 '면적 × 허용 지지력' 공식을 먼저 떠올려 계산을 차분히 진행한다.
하중 분류 문제에서는 지진력과 같은 갑작스러운 하중을 주하중으로 오인하면 틀린다. 지진은 평상시 작용하지 않으므로 예외 하중으로 분류한다. 슬래브 유형 판별 문제에서는 마주 보는 두 변만 지지되면 1방향 슬래브로 바로 분류한다. 정역학 평형 문제에서는 ∑H=0, ∑V=0, ∑M=0의 세 조건을 만족하는지 확인하면 정답을 골라낼 수 있다.
교량의 설계하중에 있어서 주하 중에 관한 설명으로 바른 것은?
정답 ① · 교량 설계하중 중 주하중의 의미를 묻는 문제이다. 주하중은 교량 자중, 상시 하중, 충격하중 등 교량 수명 동안 항상 장기적으로 작용하는 기본 하중을 말한다.
주하중은 교량 구조물 자체의 무게로, 항상 일정하게 장기적으로 작용하는 상시 하중이다.
토목구조물 설계 시 하중을 주하중, 부하중, 특수하중으로 분류할 때 주하중에 속하는 것은?
정답 ③ · 토목구조물 설계에서 하중 분류를 묻는 문제이다. 주하중은 구조물에 항상 작용하는 하중으로 고정하중과 활하중이 여기에 속한다.
토목구조물 설계 시 활하중은 구조물 자체 중량과 함께 항상 작용하는 주하중에 속한다.
토목 구조물의 특징을 설명한 것으로 틀린 것은?
정답 ② · 토목 구조물의 일반적 특징 중 옳지 않은 내용을 고르는 문제이다. 토목 구조물은 교량, 댐, 터널 등에서 보듯 일반적으로 규모가 크고, 대부분 자연환경 속에 설치되며, 표준화된 대량생산이 아니라 현장 여건에 맞춘 개별 시공이 이루어진다.
토목 구조물은 대규모이고 내구성이 길어 공용기간이 매우 깁니다.
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